10、土的抗剪強度試驗

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1、土的抗剪強度試驗建筑工程學(xué)院土建03—1班胡明輝19號林雪16號胡君燦18號趙子清20號邢恩波09號歡迎各位老師抽出時間來聽我們的試驗課，我們非常高興，試驗做的可能存在一些問題，希望老師幫助指正。一、實驗?zāi)康暮鸵饬x：這是一種快速有效求抗剪強度指標的方法，在一般工程中普遍使用。通常采用4個試樣，分別在不同的垂直壓力P作用下，施加水平剪切力進行剪切，測得剪切破壞時的剪應(yīng)力為τf。然后根據(jù)庫侖定律確定土的剪切強度指標：內(nèi)摩擦角φ和粘聚力c。抗剪強度指標c、φ值，是土體的重要力學(xué)性質(zhì)指標，正確地測定和選擇土的抗剪強度指標是土工計算中十分重要的

2、問題。土體的抗剪強度指標是通過土工試驗確定的。室內(nèi)試驗常用的方法有直接剪切試驗、三軸剪切試驗；現(xiàn)場原位測試的方法有十字板剪切試驗和大型直剪試驗。二、國內(nèi)研究概況、水平及發(fā)展直接剪切實驗是發(fā)展較早的一種測定土的抗剪強度的方法，至今已有百年以上的歷史，由于其設(shè)備簡單，易于操作，在工程實踐中應(yīng)用廣泛，并且已經(jīng)積累了很多的寶貴經(jīng)驗數(shù)據(jù)。目前為了克服直剪儀式樣因應(yīng)變不均勻，不能控制排水條件及預(yù)先規(guī)定剪切面等缺點，在直剪儀的結(jié)構(gòu)上做了改進，正在向單剪儀發(fā)展。單剪儀按其剪切容器結(jié)構(gòu)，可分為疊環(huán)式、加筋膜式和剛性板單剪儀三種。單剪儀實驗方法與直剪儀實

3、驗的不同僅在裝樣方面包括包橡皮膜和套上套環(huán)，其余方面都相同。目前在國內(nèi)僅科研及大學(xué)等研究單位有這種儀器，作為研究之用，尚無定型產(chǎn)品。三、試驗方法（一）、直接剪切試驗1、試驗儀器與基本原理直接剪切試驗所使用的儀器稱為直剪儀，按照加荷方式的不同，直剪儀可分為應(yīng)變控制式和應(yīng)力控制式兩種，前者是以等速水平推動試樣產(chǎn)生位移并測定相應(yīng)的剪應(yīng)力；后者則是對試樣分級施加水平剪應(yīng)力，同時測定相應(yīng)的位移。目前常用的是應(yīng)變控制式直剪儀（示意圖）。試驗時，垂直壓力由杠桿系統(tǒng)通過加壓活塞和透水石傳給土樣，水平剪應(yīng)力則由輪軸推動活動的下盒施加給土樣。土體的抗剪強

4、度可由量力環(huán)測定，剪切變形由百分表測定。在施加每一級法向應(yīng)力后，勻速增加剪切面上的剪應(yīng)力，直至試件剪切破壞（實驗演示動畫）。將試驗結(jié)果繪制成剪應(yīng)力τ和剪切變形S的關(guān)系曲線（見圖5-9）。一般地，將曲線的峰值作為該級法向應(yīng)力下相應(yīng)的抗剪強度τf。變換幾種法向應(yīng)力σ的大小，測出相應(yīng)的抗剪強度τf。在σ-τ坐標上，繪制曲線，即為土的抗剪強度曲線，也就是莫爾-庫倫破壞包線。2、試驗方法分類為了在直剪試驗中能盡量考慮實際工程中存在的不同固結(jié)排水條件，通常采用不同加荷速率的試驗方法來近似模擬土體在受剪時的不同排水條件，由此產(chǎn)生了三種不同的直剪試驗

5、方法，即快剪、固結(jié)快剪和慢剪。（1）快剪?？旒粼囼炇窃谕翗由舷聝擅婢N以臘紙，在加法向壓力后即施加水平剪力，使土樣在3~5分鐘內(nèi)剪壞，由于剪切速率較快，得到的抗剪強度指標用cq、φq表示。（2）固結(jié)快剪。固結(jié)快剪是在法向壓力作用下使土樣完全固結(jié)。然后很快施加水平剪力，使土樣在剪切過程中來不及排水，得到的抗剪強度指標用ccq、φcq表示。（3）慢剪。慢剪試樣是先讓土樣在豎向壓力下充分固結(jié)，然后再慢慢施加水平剪力，直至土樣發(fā)生剪切破壞。使試樣在受剪過程中一直充分排水和產(chǎn)生體積變形，得到的抗剪強度指標用cs、φs表示。3、試驗優(yōu)缺點和適用范

6、圍直接剪切試驗是測定土的抗剪強度指標常用的一種試驗方法。它的優(yōu)點是具有儀器設(shè)備簡單，操作方便等。它的缺點主要包括以下幾點：（2）剪切面上剪應(yīng)力分布不均勻；（l）剪切面限定在上下盒之間的平面，而不是沿土樣最薄弱的面剪切破壞；（3）在剪切過程中，土樣剪切面逐漸縮小，而在計算抗剪強度時仍按土樣的原截面積計算；（4）試驗時不能嚴格控制排水條件，并且不能量測孔隙水壓力。直接剪切試驗適用于二、三級建筑的可塑狀態(tài)粘性土與飽和度不大于0.5的粉土。（二）、三軸剪切試驗1、試驗儀器與基本原理三軸剪切試驗儀（也稱三軸壓縮儀）由受壓室、周圍壓力控制系統(tǒng)、軸

7、向加壓系統(tǒng)、孔隙水壓力系統(tǒng)以及試樣體積變化量測系統(tǒng)等組成。三軸剪切儀試驗時，將圓柱體土樣用乳膠膜包裹，固定在壓力室內(nèi)的底座上。先向壓力室內(nèi)注入液體(一般為水)，使試樣受到周圍壓力σ3，并使σ3在試驗過程中保持不變。然后在壓力室上端的活塞桿上施加垂直壓力直至土樣受剪破壞。設(shè)土樣破壞時由活塞桿加在土樣上的垂直壓力為Δσ1，則土樣上的最大主應(yīng)力為σ1f=σ3+Δσ1，而最小主應(yīng)力為σ3f。由σ1f和σ3f可繪制出一個莫爾圓。用同一種土制成3~4個土樣，按上述方法進行試驗，對每個土樣施加不同的周圍壓力σ3，可分別求得剪切破壞時對應(yīng)的最大主應(yīng)力

8、σ1，將這些結(jié)果繪成一組莫爾圓。根據(jù)土的極限平衡條件可知，通過這些莫爾圓的切點的直線就是土的抗剪強度線，由此可得抗剪強度指標c、φ值(圖5-11)。圖--1三軸試驗基本原理(a)試樣圍壓(b)破壞時試樣主應(yīng)力(c)應(yīng)力圓